長育村隧洞進口凝灰巖富水帶施工技術總結

張 升

（中鐵五局集團第一工程有限責任公司，湖南長沙410117）

1 工程簡介

1.1 工程概況

滇中引水工程大理I 段施工6 標及海東分（退）水洞位于大理州境內，施工起止樁號DLⅠ91+206～DLⅠ112+429，全長21.223km，其中隧洞長20.688km/5座，線路占比97.48%。

長育村隧洞位于大理市雙廊鎮五星村—長育村一帶，北連老馬槽渡槽，南接大理Ⅱ段海東隧洞，隧洞全長約6.67km，設計流量135m3/s，縱坡i=1/4150。本分段位于長育村隧洞前段，長4.104km，隧洞采用標準馬蹄形斷面（R2=2R1），頂拱半徑R1=4.7m，渠道設計水深7.13m，凈高9.4m。大理I段施工6標承擔長育村隧洞前段DLⅠ108+324.66～DLⅠ112+428.58施工里程段。

1.2 凝灰巖富水破碎帶

長育村隧洞進口地質主要為玄武巖夾凝灰巖，玄武巖為相對透水且富水巖組，凝灰巖夾層或透鏡為隔水巖組，為裂隙水。主要受大氣降水和孔隙水越流補給，地表水沿溝槽排泄迅速。雨季地表水經地表沖溝匯集向地勢低處排泄，少部分沿巖體張裂隙、溶蝕孔洞滲入地下，主要為裂隙水。隧洞基本位于地下水位以下，地下水位埋深一般80～450m，水頭高一般0～300m，最大376m，進口地下水位埋深淺。

長育村隧洞進口洞室圍巖穩定問題主要為凝灰巖夾層（或透鏡體）與破碎玄武火山角礫巖存在穩定問題。隧洞滲涌水問題主要為玄武巖富水破碎帶或風化囊滲涌水問題，玄武巖總體富水且中等透水，而凝灰巖隔水，可能遇富水破碎帶（含斷層破碎帶）或風化囊發生涌水。局部洞段可能存在高外水壓力問題。

長育村隧洞進口DLⅠ108+630～DLⅠ108+680段為凝灰巖夾層富水帶。

2 人員及機械設置情況

2.1 人員配置情況

凝灰巖富水帶施工，項目成立了領導包保責任制，由包保領導牽頭，同時也制定了人員值班制。人員配置情況如表1所示。

2.2 機械設備設置情況

長育村隧洞進口凝灰巖富水帶機械設備設置情況如表2所示。

3 超前地質預報措施

長育村隧洞進口凝灰巖富水帶實施超前預報，其目的是進一步查清隧洞開挖工作面前方的工程地質與水文地質條件，指導工程施工順利進行。同時降低地質災害發生的幾率和危害程度，為優化工程設計提供地質依據。

3.1 物探地質雷達超前預報

地質雷達（簡稱GPR）也稱作探地雷達，是一種電磁探測技術，它利用發射天線將高頻短脈沖電磁波定向送入掌子面前方，電磁波在傳播過程中遇到存在電性差異的地層或目標體就會發生反射和透射，對所采集的數據進行相應的處理后，通過分析其旅行時間、幅度和波形，判斷地下目標體的空間位置、結構及其分布。

物探預報，由長江勘測規劃設計研究院實施，超前地質預報采用的儀器為美國GSSI 公司生產的SIR4000 型地質雷達，配100MHz 主頻的屏蔽天線。

表1 長育村隧洞進口凝灰巖富水帶施工人員配置表

表2 長育村隧洞進口凝灰巖富水帶機械設備設置表

2020 年7 月9 日，在滇中引水工程大理Ⅰ段施工6標長育村隧洞進口，掌子面樁號DLⅠ108+619，開展了一次TGS 超前地質預報工作。本次超前地質預報范圍為：DLⅠ108+619～DLⅠ108+739，共計120m。

2020年8月24日，在滇中引水工程大理Ⅰ段施工6標長育村隧洞進口，掌子面樁號DLⅠ108+666.6，開展了一次地質雷達超前地質預報工作。本次超前地質預報范圍為：DLⅠ108+666.6～DLⅠ108+696.6，共計30m。

其120m 的長距離超前預報和30m 的短距離預報成果結果分析分別如圖1、圖2所示。

3.2 超前水平鉆探預報

圖1 DLⅠ108+619~DLⅠ108+739長距離預報結果

圖2 DLⅠ108+666.6~DLⅠ108+696.6短距離預報結果

鉆探預報是超前預報中最為直觀的一種預報方法，其原理是通過潛孔鉆機或取芯機，對前方掌子面圍巖打孔的方式，判別前方圍巖情況，主要是探水和溶洞空腔等，其施作長度一般在30m。

長育村隧洞進口掌子面施作至DLⅠ108+625 時，結合現場實際情況，在上臺階掌子面中間及右側均施作了超前水平鉆，其中，掌子面中間施作長度30m，為水平鉆探，右側施作長度15m，外插角5°。

長育村隧洞掌子面施作里程至DLⅠ108+650 時，探孔搭接長度5m，根據現場實際情況，再次施作超前水平鉆。

3.3 加深炮孔

加深炮孔的施作，由施工單位具體實施。先由技術人員對班組進行交底，現場操作時，可由技術人員結合現場實際情況，用油漆標記與墻上或現場指定位置。施鉆過程中應注意鉆進難易程度變化、調鉆情況并觀察巖粉顏色變化，發現異常及時記錄并報告。加深炮孔布置如圖3所示。

3.4 地質素描

地質素描由長江勘測設計研究院地質專業具體實施，2020 年 7 月 13 日，在長育村隧洞進口 DLⅠ108+629.97進行地質查看，其現場備忘錄情況為：圍巖情況為玄武巖夾凝灰巖，弱風化，凝灰巖主要分布于拱頂，遇水易軟化，性狀差，巖體裂隙發育，主要為緩傾角結構面，面多附泥質，塊裂結構為主，裂隙有滲滴水，樁號DL I 108+629.94 頂拱部位凝灰巖及周邊破碎安山巖在地下水軟化作用下，塌腔在徑向延伸較大，垮塌后洞內涌水量增大至30L/s，存在地表水貫通的可能。

圖3 加深炮孔施鉆布置圖

主要工程地質問題為頂拱軟弱凝灰巖與破碎安山巖在地下軟化作用下的變形、垮塌問題，需嚴格按照四方技術方案處理卡進行處理。

4 開挖及初期支護措施

4.1 開挖工法

長育村隧洞進口掌子面施作里程至DLⅠ108+630時，由原來的正臺階開挖工法，改三臺階法，以縮小原來的開挖高度，開挖時，減少對圍巖的擾動。2020 年8月23日10:00時，長育村掌子面施工里程至DLⅠ108+666時，噴漿結束，扒回彈料進入開挖時，隧洞左右拱腳上1m位置，水量突然增大，流量約30L/s；同時，掌子面右側凝灰巖隨著流水涌出，為防止發生塌方，立即裝運洞渣回填進行反壓封堵。2020年8月24日，經業主、設計、監理、施工單位四方會議討論，采用預留核心土開挖方法，同時對上臺階開挖采用半斷面開挖方法（類似CD 法），開挖半斷面后及時進行支護封閉。半斷面預留核心土開挖法如圖4所示。

4.2 開挖進尺

開挖采用破碎錘結合人工風鎬進行開挖，嚴格控制開挖進尺不大于0.6m/1 榀間距。掌子面采用預留核心土法開挖，并分左右側單幅開挖工法（類似CD法）。挖掘機先將拱腳處多余回填渣進行清理，預留1～2 人施作空間，距離拱腳寬度不大于1m，然后采用人工風鎬鑿除易松動的破碎巖石。機械結合人工風鎬開挖如圖5所示。

4.3 超前措施

（1）超前小導管施工。在上臺階鋼架腹板位置割孔，并打設施鉆超前小導管，超前小導管環向間距30cm，單根長度L=4.5m，第二環與第一環割孔位置錯開，每環打設。

（2）注漿。超前小導管施作完成后，采用小導管注漿。注漿壓力控制在0.3～0.5MPa。

圖4 半斷面預留核心土開挖法

圖5 機械結合人工風鎬開挖

開挖過程中遇塌方，在噴漿封閉前，預埋?200mm注漿管。在噴漿封閉后，通過該管進行噴漿與注漿。

4.4 初期支護

長育村隧洞進口DLⅠ108+630～DLⅠ108+680段圍巖類別為V類，其初期支護方式如下：

鋼架采用I22a型鋼鋼架，縱向間距0.6m；

縱向連接鋼筋采用HRB400?22mm鋼筋，環向間距1m；

鋼筋網片采用HPB300 的?6mm 鋼筋網，鋼筋網網格間距為15cm×15cm；

鎖腳錨桿增強為鎖腳導管，上臺階在拱腰位置增設一組，單根長度L=2.5m（由于開挖工法為預留核心土法，無法施作鎖腳，待核心土長度超過該鋼架后，中臺階開挖前，后續進行補打，補打加強為?42mm 鎖腳錨管，單根長度L=4.5m）；

錨桿采用中空錨桿，在開挖中臺階之前進行補打，中空錨桿為?25mm中空錨桿，單根長度L=6m；

噴射混凝土采用C20噴射混凝土，厚度20cm。

排水孔打設深度L=3m，根據現場實際情況打設，每循環不少于5個。

5 排水措施

在每循環鋼架安裝完成時，在打設鎖腳導管的同時，采用YT-28風鉆對掌子面前方及周邊進行打設排水孔，排水孔打設范圍為初支面濕潤帶，打設深度為L=3m。

在掌子面后方約50m位置，距離拱腳1.5m位置開挖臨時集水坑，將掌子面及中臺階的水匯集在臨時集水坑中，通過水泵將水抽排至洞外。

6 施工中注意事項

6.1 加強各項安全監測、觀測

（1）在上臺階掌子面加密布設監控量測點，每5m布設一組，每組布設不少于3個，每天測量不少于2次，并每日將結果進行通報。

（2）在洞口位置設置水量監測儀，設專人每8h對水量進行監測、記錄，并每日通報監測結果。

6.2 資源準備充足

（1）在掌子面后方30m位置設置逃生管道，在逃生管道口設置安全繩、簡易醫療箱、食物及飲用水。

（2）用編織袋裝碎石土，以備塌方時封堵用。

（3）開挖時，罐車及噴漿機在中臺階等待，遇到塌方時及時進行噴漿封堵。

（4）初期支護所用的材料全部準備充足，水泥凈漿由拌合站供應，注漿機準備到位。

（5）準備好充足的雨衣、雨靴等防護用品，準備好備用的水泵，以防止洞內積水情況發生。

6.3 凝灰巖富水破碎帶施工

（1）做好超前地質預報工作，尤其是超前水平鉆。

（2）選擇合適的開挖工法。

（3）做好超前措施。

（4）開挖后及時進行支護。尤其是噴漿機及噴射混凝土，要做到現場有需要，第一時間供應。

（5）做好排水工作。

7 施工總結及建議

（1）凝灰巖是由火山噴發后的火山灰而成，軟弱、破碎、無結構性，且具有隨機存在的特性，施工中遇到凝灰巖巖層時，發生地質災害的可能性大大增加；但當下常規的超前地質預報（TSP、TGS、地質雷達等）方法的可靠性并不高，所以超前探孔的重要性不言而喻，超前探孔能更直觀地了解前方的巖層結構，從而對施工可以更具有針對性。因此，必須加強超前探孔及加深炮孔施工，并將其納入工序進行管理。

（2）對凝灰巖富水破碎帶隧洞的開挖，選擇合適的開挖工法，可以有效解決開挖時對掌子面圍巖的擾動。

（3）對凝灰巖富水破碎帶隧洞的開挖，應做好監控量測、超前支護、排水孔、初期支護加強，最主要的是安全施工，不可盲目追求進度而大面積、大進尺開挖，必要時還需施作臨時橫撐，以封閉成環，達到安全。

（4）做好后備物資儲備工作，做好安全防范措施。

（5）做好人員值班制度，掌子面發現異常，及時組織人員機械撤退工作。